TW201525147A - 轉爐吹煉設備的控制裝置和控制方法 - Google Patents

轉爐吹煉設備的控制裝置和控制方法 Download PDF

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Abstract

轉爐吹煉設備的控制裝置30利用排氣的流量及成分濃度，來對脫碳氧效率模型公式的設定參數進行設定。而且，轉爐吹煉設備的控制裝置30在脫碳氧效率模型公式的變量中添加攪拌氣體流量，從而使吹煉處理過程中的攪拌氣體流量的變化的影響反映至脫碳氧效率模型公式。藉此，可藉由高精度地算出脫碳氧效率，而將吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度高精度地控制成目標碳濃度。

Description

轉爐吹煉設備的控制裝置和控制方法
本發明是有關於一種轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法，對在吹煉處理途中取樣時點以後的爐料(charge)的送氧量進行控制，以使吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度。
在鋼鐵廠內使用的轉爐吹煉設備中，是利用對熔鋼吹入氧氣的吹煉處理來進行熔鋼中的雜質的去除及升溫，藉此對吹煉處理結束時的熔鋼的成分及溫度進行控制，以使其等處於所指定的範圍內。然而，在吹煉處理時，熔鋼中的氧化反應加遽，熔鋼達到高溫，因此難以時時刻刻對熔鋼的成分及溫度進行測量。
因此，在實際作業中，是根據所取樣的吹煉處理途中的熔鋼的成分分析結果對在取樣時點的熔鋼中的碳濃度進行推斷，並利用所推斷的熔鋼中碳濃度及脫碳氧效率模型公式，而算出為了使熔鋼的成分及溫度處於所指定的範圍內而在取樣時點以後所需要的送氧量(以下記作必要送氧量)。再者，所述脫碳氧效率模型公式是利用熔鋼中碳濃度而算出脫碳氧效率的公式。脫碳氧效率是指吹入至轉爐內的每單位氧氣量的向轉爐外排出的碳量。通 常，若熔鋼中碳濃度高，則脫碳氧效率升高。
此外，在所述脫碳氧效率模型公式中有設定參數，在作業時根據作業條件對設定參數的值進行變更，並根據已變更設定參數的值的脫碳氧效率模型公式算出脫碳氧效率。然而，脫碳氧效率模型公式所表示的熔鋼中碳濃度與脫碳氧效率的關係不僅因作業條件，而且因包含時間變化及季節變化在內的各種各樣的因素而複雜地變化。因此，通常難以對脫碳氧效率模型公式的設定參數進行適當地變更而高精度地算出脫碳氧效率。
由於如上所述的背景，已提出有用以對脫碳氧效率模型公式的設定參數進行適當設定的方法。具體而言，在專利文獻1中，記載有如下方法：選擇作業條件與下一次爐料接近的過往爐料，以使吹煉處理結束時熔鋼中碳濃度與實績值的誤差的合計值達到最小的方式來確定脫碳氧效率模型公式的設定參數，所述吹煉處理結束時熔鋼中碳濃度是利用所選擇的過往爐料的吹煉處理途中熔鋼中碳濃度及脫碳氧效率模型公式而算出。又，在專利文獻2中，記載有利用作業條件的回歸方程式來確定脫碳氧效率模型公式的設定參數即最大脫碳氧效率及脫碳氧效率降低係數的方法，且揭示排氣測量資訊的利用對回歸方程式的係數的確定有效。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2010-7150號公報
專利文獻2：日本專利特開2012-117090號公報
但是，專利文獻1所記載的方法是僅利用作業條件及所取樣的熔鋼的成分分析值來確定脫碳氧效率模型公式的設定參數。因此，無法考慮到因各種外部干擾或未測量資訊而產生的吹煉處理反應的推移變化，從而在精度的提高方面有侷限。再者，作為所述外部干擾或未測量資訊，可例示投入至熔鋼中的輔料的成分或良率、測量誤差等。又，作為實時掌握吹煉處理反應的推移變化的1個指標，有排氣流量或成分分析值，但在專利文獻1中並未涉及該些資訊的利用。
另一方面，在專利文獻2所記載的方法中，是藉由將利用排氣測量資訊而算出的爐內蓄氧量包含於一次回歸方程式的說明變量中來考慮吹煉處理反應的推移變化。然而，難以利用一次回歸方程式來高精度地表達以非線性數式表示的脫碳氧效率模型公式的設定參數。因此，根據專利文獻2所記載的方法，藉由脫碳氧效率模型公式而獲得的脫碳氧效率的計算精度有可能下降。
再者，雖可考慮到亦存在如下情況，即，若對排氣測量資訊進行加工便可高精度地表達設定參數，但在專利文獻2中，並無排氣測量資訊的加工方法的相關具體描述。又，為了進行回歸計算，需要預先針對過往的爐料算出最佳的最大脫碳氧效率及脫碳氧效率降低係數，然而在專利文獻2中並無其計算方法的相關具體描述。
此外，脫碳氧效率模型公式的設定參數的值不一定限於在1爐料份的吹煉處理過程中不發生變化。根據發明者等人的資料分析，獲得如下見解：特別是當吹入至轉爐內的攪拌氣體的流量在爐料中發生變化時，脫碳氧效率模型公式的設定參數會受到攪拌氣體的流量的影響而發生變化。但是，專利文獻1及專利文獻2所記載的方法並未考慮到1爐料份的吹煉處理過程中的設定參數的值的變化。因此，根據專利文獻1、專利文獻2所記載的方法，藉由脫碳氧效率模型公式而獲得的脫碳氧效率的計算精度有可能下降。
本發明是為了解決如上所述的問題而成者，目的在於提供一種轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法，可藉由高精度地算出脫碳氧效率，而將吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度高精度地控制成目標碳濃度。
為了解決所述問題而達成目的，本發明的轉爐吹煉設備的控制裝置是對在吹煉處理途中取樣時點以後的爐料的送氧量進行控制，以使吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度，所述轉爐吹煉設備的控制裝置的特徵在於包括：模型公式計算部，利用模型公式算出脫碳氧效率，所述模型公式至少將熔鋼中碳濃度及攪拌氣體流量設為輸入變量，將脫碳氧效率設為輸出變量，且具有1個以上的設定參數；模型參數修正部，針對吹煉處理已結束的多個過往爐料，利用在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼 中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度以及吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度，對至少1個所述設定參數進行修正；過往處理權數計算部，根據吹煉處理已結束的多個過往爐料的作業條件與吹煉處理過程中的爐料的作業條件的差異、以及吹煉處理途中的爐料的相對於在吹煉處理途中取樣時點的過往爐料的模型公式的相似度，算出各過往爐料的權數；吹煉過程中模型參數生成部，利用已藉由所述模型參數修正部而修正的各過往爐料的設定參數及藉由所述過往處理權數計算部而算出的各過往爐料的權數，算出吹煉處理過程中的爐料的設定參數；以及送氧量計算部，利用脫碳氧效率，算出在吹煉處理途中取樣時點以後的吹煉處理途中的爐料的送氧量，所述脫碳氧效率是所述模型公式計算部利用在吹煉處理途中取樣時點所測量的熔鋼中碳濃度、目標碳濃度及藉由所述吹煉過程中模型參數生成部而算出的設定參數而算出。
本發明的轉爐吹煉設備的控制裝置如所述發明，其特徵在於：所述模型參數修正部是對設定參數進行修正，以使在吹煉處理途中取樣時點所測量的熔鋼中碳濃度與使所述模型公式成立的在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度的差、在吹煉處理結束時所測量的熔鋼中碳濃度與使所述模型公式成立的吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度的差、及各設定參數的與標準值的差的加權平方和最小化。
本發明的轉爐吹煉設備的控制裝置如所述發明，其特徵 在於：所述過往處理權數計算部是使在吹煉處理途中取樣時點及吹煉處理即將結束前的每單位熔鋼重量的攪拌氣體流量包含於所述作業條件中。
為了解決如上所述的問題而達成目的，本發明的轉爐吹煉設備的控制方法是對在吹煉處理途中取樣時點以後的爐料的送氧量進行控制，以使吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度，所述轉爐吹煉設備的控制方法的特徵在於包括：修正步驟，針對吹煉處理已結束的多個過往爐料，利用在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度以及吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度，對模型公式的至少1個設定參數進行修正，所述模型公式至少將熔鋼中碳濃度及攪拌氣體流量設為輸入變量，將脫碳氧效率設為輸出變量；權數計算步驟，根據吹煉處理已結束的多個過往爐料的作業條件與吹煉處理過程中的爐料的作業條件的差異、以及吹煉處理途中的爐料的相對於在吹煉處理途中取樣時點的過往爐料的模型公式的相似度，算出各過往爐料的權數；參數計算步驟，利用在所述修正步驟中經修正的各過往爐料的設定參數及在所述權數計算步驟中所算出的各過往爐料的權數，算出吹煉處理過程中的爐料的設定參數；以及利用脫碳氧效率，算出在吹煉處理途中取樣時點以後的吹煉處理途中的爐料的送氧量，所述脫碳氧效率是利用在吹煉處理途中取樣時點所測量的熔鋼中碳濃度、目標碳濃度以及在所述參數計算步驟中所算出的設定參數，根據所述模型 公式而算出。
根據本發明的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法，藉由高精度地算出脫碳氧效率，可將吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度高精度地控制成目標碳濃度。
10‧‧‧控制終端機
20‧‧‧資料庫伺服器(DB伺服器)
20a‧‧‧作業資料庫(作業DB)
20b‧‧‧主資訊資料庫(主資訊DB)
20c‧‧‧參數資料庫(參數DB)
30‧‧‧控制裝置
31‧‧‧輸入輸出部
32‧‧‧第1處理部
32a‧‧‧模型參數修正部
33‧‧‧第2處理部
33a‧‧‧過往處理權數計算部
33b‧‧‧吹煉過程中模型參數生成部
33c‧‧‧送氧量計算部
34‧‧‧模型公式計算部
40‧‧‧輸入裝置
50‧‧‧顯示裝置
100‧‧‧轉爐
101‧‧‧熔鋼
102‧‧‧噴槍
103‧‧‧熔渣
104‧‧‧導管
105‧‧‧排氣檢測部
106‧‧‧排氣流量計
107‧‧‧通氣孔
108‧‧‧流量計
S1~S4、S11~S17‧‧‧步驟
圖1是表示應用作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法的轉爐吹煉設備及其控制系統的構成的示意圖。
圖2是表示圖1所示的控制裝置的構成的方塊圖。
圖3是表示攪拌氣體的影響係數的函數例的圖。
圖4是表示熔鋼中碳濃度與脫碳氧效率的關係的圖。
圖5是表示作為本發明的一實施形態的模型參數修正處理的流程的流程圖。
圖6是表示作為本發明的一實施形態的送氧量計算處理的流程的流程圖。
圖7是表示單位攪拌氣體流量與累計送氧量的關係例的圖。
以下，參照圖式，對作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法進行說明。
[轉爐吹煉設備的構成]
首先，參照圖1，對應用作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法的轉爐吹煉設備的構成進行說明。
圖1是表示應用作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法的轉爐吹煉設備及其控制系統的構成的示意圖。如圖1所示，在應用作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法的轉爐吹煉設備中，在轉爐100內的熔鋼101上配置噴槍(lance)102，自噴槍102的前端部向熔鋼101噴出高壓氧氣。藉由自噴槍102噴出的高壓氧氣，熔鋼101內的雜質成分被氧化而進入至熔渣(slag)103內(吹煉處理)。
在轉爐100的上部，設置有排氣導煙用的導管(duct)104，在導管104的內部，設置有排氣檢測部105及排氣流量計106，所述排氣檢測部105用以對伴隨著吹煉處理而排出的排氣的各成分(例如，CO、CO2、O2、N2、H2O、Ar等)的濃度進行檢測，所述排氣流量計106用以對排氣的流量進行測量。排氣的流量是藉由對文丘里管(Venturi tube)或節流口(orifice)的上游與下游的差壓進行測量，基於測量值進行計算而求出。由於排氣為氣體，體積因溫度或壓力而發生變化，因此計算值被換算成標準狀態(例如溫度為0℃，壓力為1個大氣壓)的氣體流量。
在轉爐100內的熔鋼101中，經由形成於轉爐100的底部的通氣孔107吹入作為惰性氣體的Ar氣體，藉由Ar氣體對熔鋼101進行攪拌，藉此促進高壓氧氣與熔鋼101的反應。吹入至熔鋼101的Ar氣體的流量(攪拌氣體流量)是利用流量計108來 測量。熔鋼101的溫度及成分是在吹煉處理途中暫時測量，並根據所測量的資訊，確定高壓氧氣的供給量(送氧量)及供給速度(送氧速度)或攪拌氣體流量等。又，在吹煉處理即將開始前及吹煉處理結束後，進行熔鋼101的溫度及成分的分析。通常，吹煉處理的操作量是在吹煉處理開始前暫時設定，並在獲得吹煉處理途中的熔鋼的溫度及成分的測量值之後加以修正。本發明是有關於後者的送氧量的確定。
[控制系統的構成]
其次，參照圖1，對應用作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法的轉爐吹煉設備的控制系統的構成進行說明。
如圖1所示，應用作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置及控制方法的轉爐吹煉設備的控制系統包括控制終端機10、資料庫伺服器(資料庫(database，DB)伺服器)20、控制裝置30、輸入裝置40及顯示裝置50作為主要構成要素。
控制終端機10由個人電腦(personal computer)或工作站(work station)等資訊處理裝置構成。控制終端機10對送氧量、送氧速度、攪拌氣體流量、噴槍102的高度及輔料投入量進行控制，以使熔鋼101的成分濃度達到所需的範圍內，並且收集送氧量、送氧速度、攪拌氣體流量、噴槍高度及輔料投入量的實績值的資料作為操作量實績。
DB伺服器20包括作業資料庫(作業DB)20a、主資訊 資料庫(主資訊DB)20b及參數資料庫(參數DB)20c。
作業DB 20a儲存有吹煉處理已結束的過往爐料的相關時間序列及時間序列以外的作業實績資訊、以及執行吹煉處理過程中的爐料的相關時間序列及時間序列以外的作業實績資訊。時間序列的作業實績資訊包括操作量實績的相關資料(送氧量、送氧速度、攪拌氣體流量、噴槍高度及輔料投入量的時間序列資訊)、操作量計劃的相關資料(預定送氧量、預定送氧速度、預定攪拌氣體流量、預定噴槍高度及預定輔料投入量的時間序列資訊)、及排氣實績的相關資料(排氣的成分濃度及流量的時間序列資訊)。時間序列以外的作業實績資訊包括規格資訊(熔鐵資訊(鋼種)、製造規格(目標碳濃度、目標溫度))、操作量的計劃的相關資料(預定總送氧量、預定輔料總投入量、預定攪拌氣體總量)，以及總送氧量的實績值及吹煉處理前後與吹煉處理過程中的熔鋼的成分濃度及溫度的相關資料。
主資訊DB 20b儲存有為了執行下述模型參數修正處理及送氧量計算處理所需要的物理常數、臨限值、設定參數等資料。
參數DB 20c儲存有在下述模型參數修正處理中針對各過往爐料所修正的脫碳氧效率模型公式的設定參數。
控制裝置30將藉由控制終端機10而收集到的操作量實績、以及藉由排氣檢測部105及排氣流量計106而測量到的排氣的成分濃度及流量(排氣實績)設為吹煉過程中爐料資訊，根據吹煉過程中爐料資訊算出必要送氧量，且將計算結果輸出至控制 終端機10或顯示裝置50。關於控制裝置30的詳細構成將在後文描述。
輸入裝置40由鍵盤或滑鼠指標(mouse pointer)等輸入裝置構成，在輸入下述處理的相關各種資訊時加以操作。顯示裝置50由陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)或液晶顯示器等顯示裝置構成，顯示控制裝置30的各種處理結果。
[控制裝置的構成]
其次，參照圖2，對控制裝置30的構成進行說明。
圖2是表示作為本發明的一實施形態的控制裝置30的構成的方塊圖。如圖2所示，作為本發明的一實施形態的控制裝置30包括輸入輸出部31、第1處理部32、第2處理部33及模型公式計算部34。輸入輸出部31對控制裝置30與外部裝置之間的資訊的發送與接收進行控制。第1處理部32、第2處理部33及模型公式計算部34藉由控制裝置30內的運算處理裝置執行電腦程式來實現。第1處理部32包括模型參數修正部32a。第2處理部33包括過往處理權數計算部33a、吹煉過程中模型參數生成部33b及送氧量計算部33c。關於該些各部分的功能將在後文描述。
具有如上所述的構成的控制裝置30藉由執行以下所示的模型參數修正處理及送氧量計算處理，而高精度地算出脫碳氧效率，從而將吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度高精度地控制成目標碳濃度。以下，對執行模型參數修正處理及送氧量計算處理時的控制裝置30的動作進行說明。
[模型參數修正處理]
首先，參照圖3至圖5，對作為本發明的一實施形態的模型參數修正處理的流程進行說明。
在作為本發明的一實施形態的控制裝置30中，模型參數修正部32a在經由輸入輸出部31獲得吹煉處理已結束的爐料的作業實績資訊時，將作業時所使用的脫碳氧效率模型公式的設定參數修正為與作業實績資訊相一致。
在本實施形態中，脫碳氧效率模型公式是藉由非線性函數或區間線性函數來描述，例如，如以下所示的數式(1)、數式(2)般表示。以下所示的數式(1)是用以計算相對於送氧量單位消耗量(Nm3/噸：將送氧量[Nm3]除以處理對象的熔鋼重量[噸]所得者)的熔鋼中碳濃度減少量(%)的公式。數式(1)中，參數C為熔鋼中碳濃度，k、q、p為設定參數。又，參數α為攪拌氣體(Ar氣體)的影響係數，如由以下的數式(2)所示，成為藉由攪拌氣體流量單位消耗量(Nm3/Hr/噸：將攪拌氣體流量除以處理對象的熔鋼重量所得者)Vb而確定的值。攪拌氣體影響係數α的值既可藉由表格(table)來賦予，亦可藉由連續函數來賦予。將攪拌氣體影響係數α的函數例示於圖3。此時，模型參數修正部32a自主資訊DB 20b讀入函數的設定參數。
[數式1]
[數式2]α=f(Vb)…(2)
圖4表示攪拌氣體影響係數α為固定時的數式(1)的曲線圖。如圖4所示，隨著熔鋼中碳濃度C的值增加，脫碳氧效率dC/dO2上升。但是，脫碳氧效率dC/dO2不會超過設定參數k。其理由在於，在熔鋼中碳濃度C為充分的狀態下，所吹入的氧氣量會對脫碳量形成制約。又，若熔鋼中碳濃度C低於設定參數q則脫碳氧效率為0，是指若熔鋼中碳濃度C未達設定參數q以上的值，則脫碳反應自身不會產生。又，若改變設定參數p，則如圖4所示，脫碳反應速度發生變化。
在數式(1)所示的脫碳氧效率模型公式中，是在設定參數p上乘以攪拌氣體影響係數α，因此若攪拌氣體影響係數α的值變小，則脫碳反應速度增加。在本發明中，是藉由將攪拌氣體影響係數α導入至脫碳氧效率模型公式中，來謀求模型精度的提高。設定參數如以上所示有k、p、q三個，但針對每個爐料修正哪個設定參數，只要根據作為對象的轉爐吹煉設備的特性來確定即可。在本實施形態中，設定參數k的值為固定，僅對設定參數p、設定參數q的進行修正。即，將設定參數p、設定參數q的 標準值設為P、Q，將修正量設為δp、δq，利用以下的數式(3)、數式(4)所示的和的形式對標準值P、標準值Q進行修正。
[數式3]P+δp…(3)
[數式4]Q+δq…(4)
以下，參照圖5，對作為本發明的一實施形態的模型參數修正處理的流程進行具體說明。
圖5是表示作為本發明的一實施形態的模型參數修正處理的流程的流程圖。圖5所示的流程圖以吹煉處理已結束的時序為開始，模型參數修正處理進入至步驟S1的處理。
在步驟S1的處理中，模型參數修正部32a經由輸入輸出部31獲得吹煉處理已結束的爐料的作業實績資訊。藉此，步驟S1的處理結束，模型參數修正處理進入至步驟S2的處理。
在步驟S2的處理中，模型參數修正部32a利用在步驟S1的處理中所獲得的作業實績資訊，算出在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度(分析值)Cs、脫碳氧效率dCs/dO2及攪拌氣體影響係數αs、以及吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度(分析值)Ce、 脫碳氧效率dCe/dO2、攪拌氣體影響係數αe。
具體而言，當將在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度及吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度分別設為Cs、Ce時，在吹煉處理途中取樣時點的脫碳氧效率dCs/dO2及吹煉處理結束時的脫碳氧效率dCe/dO2可利用在吹煉處理途中取樣時點的排氣實績及吹煉結束時的排氣實績，根據以下所示的數式(5)來計算。
其中，設為對伴隨著排氣的流量及成分濃度的分析而產生的時間延遲已予以考慮。又，在吹煉處理途中取樣時點的攪拌氣體影響係數αs及吹煉處理結束時的攪拌氣體影響係數αe可分別藉由將在吹煉處理途中取樣時點的攪拌氣體流量單位消耗量Vb及吹煉處理結束時的攪拌氣體流量單位消耗量Vb代入至數式(2)來計算。藉此，步驟S2的處理結束，模型參數修正處理進入至步驟S3的處理。
[數式5]dC/dO2=Vex×ρc/22.4*12.0/1000/Vo…(5)
此處，在數式(5)中，參數Vex、參數Vo、參數ρc分別表示熔鋼分析時的排氣流量[Nm3/Hr]、送氧流量[Nm3/Hr]、排氣中的CO氣體及CO2氣體的濃度之和[%]。當在該些的測量值中包含大量雜訊時，既可利用移動平均值等已施加過濾處理的值來代替，亦可利用已進行有偏誤差(biased error)的校正的值來代替。
在步驟S3的處理中，模型參數修正部32a利用在步驟S2的處理中所算出的值，對設定參數p、設定參數q進行修正，以使得在吹煉處理途中取樣時點及吹煉處理結束時利用脫碳氧效率模型公式而算出的脫碳氧效率相對於實績值的誤差儘可能減小。但是，在對設定參數p、設定參數q進行修正時，是使設定參數p、設定參數q不大幅偏離於標準值P、標準值Q。在本實施形態中，自計算處理的容易性考慮，使用以下的數式(6)所示的誤差函數J對設定參數p、設定參數q進行修正。
此處，數式(6)中的第1項及第2項分別表示利用在吹煉處理途中取樣時點的脫碳氧效率模型公式及吹煉處理結束時的脫碳氧效率模型公式而算出的脫碳氧效率的誤差。獲得將步驟S2的處理結果代入至數式(1)，進行移項而計算出兩邊的對數的等式的兩邊的差者成為數式(6)式的第1項及第2項。又，數式 (6)的第3項及第4項是為了防止設定參數p、設定參數q大幅偏離標準值P、標準值Q而添加。數式(6)中的參數σs、參數σe、參數σp、參數σq是本裝置的用戶所設定的值，若將參數值設定得小，則可減小數式(6)中所對應項的分母的誤差。作為所述參數的設定方法的示例，有如下方法：針對多個過往爐料計算數式(6)的各項的分母值，並計算關於所述各個分母值的標準偏差，將該些的值設為所述參數的設定值。
在所述處理中，是以使誤差函數J最小化的方式來確定設定參數p的修正量δp、設定參數q的修正量δq，但由於誤差函數J為修正量δp、修正量δq的二次多項式，因此最小解可藉由逆矩陣計算(inverse matrix calculation)而算出。具體而言，首先，利用以下所示的數式(7)來表達誤差函數J。此處，數式(7)中，x是以修正量δp、修正量δq為要素的二維行向量，D為2×2的常數陣列，E為二維常數行向量，F為常數無向量項。附加於向量的右肩上的T是指轉置。
[數式7]J=xTDx+ETx+F…(7)
當誤差函數J藉由所述數式(7)來表達時，在以下所示的數式(8)成立時，誤差函數J取得最小值。
[數式8]
若對所述數式(8)進行變形，則獲得以下所示的數式(9)。
藉由所述計算而可計算出使誤差函數J為最小的修正量δp、修正量δq，因此利用所述修正量δp、修正量δq，藉由數式(3)、數式(4)來對設定參數p、設定參數q進行修正。再者，即使在使用與數式(7)不同的誤差函數J的情況下，只要利用非線性最優化法等，亦可進行設定參數p、設定參數q的修正計算。藉此，步驟S3的處理結束，模型參數修正處理進入至步驟S4的處理。
在步驟S4的處理中，模型參數修正部32a經由輸入輸出部31，將已藉由步驟S3的處理而修正的設定參數p、設定參數q儲存至參數DB 20c。藉此，步驟S4的處理結束，一系列的模型參數修正處理結束。
[送氧量計算處理]
其次，參照圖6、圖7，對作為本發明的一實施形態的送氧量 計算處理的流程進行說明。
圖6是表示作為本發明的一實施形態的送氧量計算處理的流程的流程圖。圖6所示的流程圖以控制裝置30已獲得在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼分析結果的時序為開始，送氧量計算處理進入至步驟S11的處理。
在步驟S11的處理中，過往處理權數計算部33a自作業DB 20a及主資訊DB 20b分別讀入過往爐料的作業實績資訊及各種設定值。藉此，步驟S11的處理結束，送氧量計算處理進入至步驟S12的處理。
在步驟S12的處理中，過往處理權數計算部33a自過往爐料僅選擇與吹煉處理途中的爐料為相同種類的爐料。其中，所謂爐料為相同種類，例如是指以下方面相同。藉此，步驟S12的處理結束，送氧量計算處理進入至步驟S13的處理。
(1)處理目的相同：脫P吹煉、脫C吹煉及普通吹煉(同時進行脫P吹煉與脫C吹煉)中的一者
(2)最終的目標碳濃度及目標溫度屬於相同範圍(範圍的臨限值已儲存於主資訊DB 20b內)
(3)吹煉處理執行日為自當前至指定天數以內
在步驟S13的處理中，過往處理權數計算部33a算出在步驟S12的處理中所選擇的過往爐料的作業條件與吹煉處理途中的爐料的作業條件之間的差異值，以作業條件的差異值由小至大的順序對過往爐料進行排序，選擇自經排序的過往爐料的開頭算 起至指定數N的過往爐料。再者，差異值例如可藉由以下所示的數式(10)而算出。以下的數式(10)所示的ε(i)表示第i個過往爐料的作業條件與吹煉處理途中的爐料的作業條件的差異，由作業條件的差異的平方值的加權和構成。
數式(10)中，參數xp(p=1~n)表示吹煉處理途中的爐料的第p個作業實績資訊(吹煉處理前熔鋼的測量資訊、在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼分析值、在吹煉處理途中取樣時點的操作量(攪拌氣體流量等)及吹煉處理結束時預定操作量(攪拌氣體流量等))，參數x'i,p表示第i個過往爐料的第p個作業實績資訊(使用吹煉處理前熔鋼的測量資訊、在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼分析值、在吹煉處理途中取樣時點的操作量(攪拌氣體流量等)及吹煉處理結束時操作量實績(攪拌氣體流量等))，參數Wp表示權數係數。ε(i)的值越小，則過往爐料的作業條件與吹煉處理途中爐料的作業條件越相似。藉此，步驟S13的處理結束，送氧量計算處理進入至步驟S14的處理。
[數式10]ε(i)=W1×(x1-x'i,1)^2+W2×(x2-x'i,2)^2+W3×(x3-x'i,3)^2+…+Wn×(xn-x'i,n)^2…(10)
在步驟S14的處理中，過往處理權數計算部33a針對在步驟S13的處理中所選擇的N個過往爐料，分別算出以下的數式 (11)所示的值di(i=1~N)。值di表示吹煉處理途中爐料的相對於在吹煉處理途中取樣時點的過往爐料i的脫碳氧效率模型公式的相似度(模型相似度)。數式(11)中，參數pi、參數qi表示針對過往爐料i而計算出的設定參數p、設定參數q，且儲存於參數DB 20c內。
參數Cs、參數dCs/dO2、參數αs分別是吹煉處理途中爐料的熔鋼中碳濃度、脫碳氧效率及攪拌氣體影響係數，且利用作業實績資訊，藉由與模型參數修正處理中的步驟S2的處理同樣的處理而算出。若值di為0，則吹煉處理途中的爐料的熔鋼分析時資訊已完全滿足過往爐料i的脫碳氧效率模型公式。又，亦可對差異值ε(i)的公式中的項進行加權而添加於值di的公式中。藉此，步驟S14的處理結束，送氧量計算處理進入至步驟S15的處理。
在步驟S15的處理中，過往處理權數計算部33a將藉由步驟S14的處理而算出的模型相似度di代入至以下的數式(12)，藉此算出藉由步驟S13的處理而選擇的N個過往爐料的權數wi(i=1~N)。此處，數式(12)中的參數dmax是指di(i=1~N)的最大值。藉此，步驟S15的處理結束，送氧量計算處理進入至步 驟S16的處理。
在步驟S16的處理中，吹煉過程中模型參數生成部33b利用以下所示的數式(13)，算出吹煉處理途中的爐料的相關設定參數p、設定參數q。然後，模型公式計算部34使用所算出的設定參數p、設定參數q，利用脫碳氧效率模型公式算出脫碳氧效率。藉此，步驟S16的處理結束，送氧量計算處理進入至步驟S17的處理。
在步驟S17的處理中，送氧量計算部33c利用藉由步驟S16的處理而算出的脫碳氧效率，算出在吹煉處理途中取樣時點以後所需要的送氧量(必要送氧量)，並將計算結果輸出至控制終端機10及顯示裝置50。此處，脫碳氧效率的倒數等於碳濃度變化(減少)1%所需要的每單位熔鋼的氧氣量(Nm3/噸)，因此只要自吹煉處理途中的熔鋼中碳濃度至目標碳濃度為止對脫碳氧效率的倒 數值進行積分，便可算出為了使熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度所需要的送氧量(每單位熔鋼)。
具體而言，送氧量計算部33c自作業DB 20a讀入吹煉處理途中的爐料的預定攪拌氣體流量。在本實施形態中，如圖7所示，預定攪拌氣體流量是在由累計送氧量(送氧完畢的氧氣量累計值)確定的每個區間進行設定。此處，Vos是指在吹煉處理途中取樣時點的累計送氧量。再者，在圖7中，在吹煉處理途中熔鋼分析以後，單位攪拌氣體流量自Vb3變更為Vb4。當如上所述在吹煉處理途中對單位攪拌氣體流量進行變更時，只要如下所述般計算必要送氧量即可。
首先，送氧量計算部33c使用影響係數αs及設定參數p、設定參數q，計算累計送氧量為Vo3時的熔鋼中碳濃度C3，所述影響係數αs是利用在吹煉過程中取樣時點的單位攪拌氣體流量Vb3及數式(2)來計算，所述設定參數p、設定參數q是藉由步驟S16的處理而算出。所述熔鋼中碳濃度C3可藉由以下所示的數式(14)而算出。再者，數式(14)中的參數Y可藉由以下所示的數式(15)來表示。並且，送氧量計算部33c利用單位攪拌氣體流量Vb4及數式(2)計算影響係數α4，並利用影響係數α4及設定參數p、設定參數q，計算對數式(1)所示的脫碳氧效率模型公式的倒數值自熔鋼中碳濃度C3至目標碳濃度Ce為止進行積分所得的值。
所述值是為了使熔鋼中碳濃度C自熔鋼中碳濃度C3下 降至目標碳濃度Ce為止所需要的每單位熔鋼重量的氧氣量，因此藉由將所述值乘以熔鋼重量，可算出必要氧氣量△O2 f。為了最終使熔鋼中碳濃度C自熔鋼中碳濃度C3下降至目標碳濃度Ce為止所需要的氧氣量為(△O2+△O2 f)。在本實施形態中，已揭示單位攪拌氣體流量在吹煉處理途中取樣時點以後僅變更1次的示例，但在變更多次的情況下，亦可藉由同樣的處理來進行計算。再者，以上所述的積分計算既可藉由迭代計算來進行，亦可藉由解析方式來進行計算。藉此，步驟S17的處理結束，一系列的送氧量計算處理結束。
如由以上的說明可知，作為本發明的一實施形態的轉爐吹煉設備的控制裝置30是利用排氣的流量及成分濃度來對脫碳氧效率模型公式的設定參數進行設定，因此可考慮到吹煉處理反應的推移變化而高精度地算出脫碳氧效率。而且，控制裝置30在脫 碳氧效率模型公式的變量中添加攪拌氣體流量，從而使吹煉處理過程中的攪拌氣體流量的變化的影響反映至脫碳氧效率模型公式，因此可高精度地算出脫碳氧效率。藉此，可高精度地算出脫碳氧效率，從而將吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度高精度地控制成目標碳濃度。
[實施例]
將本發明應用於轉爐離線實績資料而進行其精度驗證。針對100個以上的爐料，計算自在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度至目標碳濃度為止的必要送氧量，並與送氧量實績進行比較。其結果已確認，與現有技術(對模型參數以作業群為單位進行固定的技術)相比較，可使必要送氧量的誤差平均降低50%以上。
[產業上之可利用性]
本發明可適用於如下處理：對在吹煉處理途中取樣時點以後的爐料的送氧量進行控制，以使吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度。
10‧‧‧控制終端機
20‧‧‧資料庫伺服器(DB伺服器)
20a‧‧‧作業資料庫(作業DB)
20b‧‧‧主資訊資料庫(主資訊DB)
20c‧‧‧參數資料庫(參數DB)
30‧‧‧控制裝置
40‧‧‧輸入裝置
50‧‧‧顯示裝置
100‧‧‧轉爐
101‧‧‧熔鋼
102‧‧‧噴槍
103‧‧‧熔渣
104‧‧‧導管
105‧‧‧排氣檢測部
106‧‧‧排氣流量計
107‧‧‧通氣孔
108‧‧‧流量計

Claims (4)

  1. 一種轉爐吹煉設備的控制裝置，對在吹煉處理途中取樣時點以後的爐料的送氧量進行控制，以使吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度，所述轉爐吹煉設備的控制裝置的特徵在於包括：模型公式計算部，利用模型公式算出脫碳氧效率，所述模型公式至少將熔鋼中碳濃度及攪拌氣體流量設為輸入變量，將脫碳氧效率設為輸出變量，且具有1個以上的設定參數；模型參數修正部，針對吹煉處理已結束的多個過往爐料，利用在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度以及吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度，對至少1個所述設定參數進行修正；過往處理權數計算部，根據吹煉處理已結束的多個過往爐料的作業條件與吹煉處理過程中的爐料的作業條件的差異、以及吹煉處理途中的爐料的相對於在吹煉處理途中取樣時點的過往爐料的模型公式的相似度，算出各過往爐料的權數；吹煉過程中模型參數生成部，利用已藉由所述模型參數修正部而修正的各過往爐料的設定參數以及藉由所述過往處理權數計算部而算出的各過往爐料的權數，算出吹煉處理過程中的爐料的設定參數；以及送氧量計算部，利用脫碳氧效率，算出在吹煉處理途中取樣時點以後的吹煉處理途中的爐料的送氧量，所述脫碳氧效率是所 述模型公式計算部利用在吹煉處理途中取樣時點所測量的熔鋼中碳濃度、目標碳濃度以及藉由所述吹煉過程中模型參數生成部而算出的設定參數而算出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的轉爐吹煉設備的控制裝置，其中所述模型參數修正部是對設定參數進行修正，以使在吹煉處理途中取樣時點所測量的熔鋼中碳濃度與使所述模型公式成立的在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度的差、在吹煉處理結束時所測量的熔鋼中碳濃度與使所述模型公式成立的吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度的差、及各設定參數的與標準值的差的加權平方和最小化。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的轉爐吹煉設備的控制裝置，其中所述過往處理權數計算部是使在吹煉處理途中取樣時點及吹煉處理即將結束前的每單位熔鋼重量的攪拌氣體流量包含於所述作業條件中。
  4. 一種轉爐吹煉設備的控制方法，對在吹煉處理途中取樣時點以後的爐料的送氧量進行控制，以使吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度達到目標碳濃度，所述轉爐吹煉設備的控制方法的特徵在於包括：修正步驟，針對吹煉處理已結束的多個過往爐料，利用在吹煉處理途中取樣時點的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分 濃度以及吹煉處理結束時的熔鋼中碳濃度、排氣的流量及排氣的成分濃度，對模型公式的至少1個設定參數進行修正，所述模型公式至少將熔鋼中碳濃度及攪拌氣體流量設為輸入變量，將脫碳氧效率設為輸出變量；權數計算步驟，根據吹煉處理已結束的多個過往爐料的作業條件與吹煉處理過程中的爐料的作業條件的差異、以及吹煉處理途中的爐料的相對於在吹煉處理途中取樣時點的過往爐料的模型公式的相似度，算出各過往爐料的權數；參數計算步驟，利用在所述修正步驟中經修正的各過往爐料的設定參數以及在所述權數計算步驟中所算出的各過往爐料的權數，算出吹煉處理過程中的爐料的設定參數；以及利用脫碳氧效率，算出在吹煉處理途中取樣時點以後的吹煉處理途中的爐料的送氧量，所述脫碳氧效率是利用在吹煉處理途中取樣時點所測量的熔鋼中碳濃度、目標碳濃度以及在所述參數計算步驟中所算出的設定參數，根據所述模型公式而算出。
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